8821

1.2. Графическая индикация давления на поверхности, ограждающей объем жидкости (для опосредованной характеристики распределенной силовой нагрузки)

Характеризовать изменение значения изб можно не только аналитически, но и графически (см. рис.1.5):

На наклонной плоской стенке открытого резервуара выделен её фрагмент 1-2 (как

правило, для технических

объектов фигура имеет строгие

осесимметричные

геометрические формы).

Эпюрой изменения изб

графический результат схожим с эпюрой распределенной силовой нагрузки конструктивного элемента объекта.

При несколько иной интерпретации схемы на рис.1.5, можно получить

аналитическое обоснование для определения силы давления жидкости на плоскую стенку - , и пространственного положения, т.е. координаты, центра давления. Если каждый штрих эпюры рассматривать как вектор элементарной силы давления, приложенный к элементарной площадке в составе множества других площадок, из суммы которых складывается общая площадь фрагмента плоской стенки, то получаем множество параллельных друг другу векторов элементарных сил давления (ориентированных по нормали к плоской стенке); сумма этих векторов является главным вектором

̅ , приложенным к стенке в (∙) D – центре давления.

1.3 Определение суммарной силы давления на смоченные жидкостью ограждающие поверхности

11

1.) Универсальный аналитический метод определения силы давления жидкости на плоские стенки

Все рассмотренное выше можно пояснить и описать с помощью рис.1.6 и рабочих формул:

Рисунок 1.6 Герметично закрытый неподвижный резервуар заполнен жидкостью с

стенка резервуара плоская и наклонена к горизонту под углом ; выделен фрагмент стенки площадью . Координатная плоскость XOZ

перпендикулярна к плоскости рисунка; начало координат (∙) О лежит на плоскости − ; ось OZ лежит в плоскости стенки и направлена вниз; для более наглядного представления о геометрии выделенного фрагмента стенки плоскость XOZ повернута и совмещена с плоскостью рисунка.

12

– момент инерции плоской фигуры относительно центральной горизонтальной оси ′.

2.) Частный графоаналитический метод количественной оценки силы давления жидкости на плоские прямоугольные поверхности

В частном случае, когда фрагмент стенки резервуара имеет вид прямоугольной фигуры, для определения значений и можно использовать графоаналитический метод.

положение центра тяжести эп. – (∙) ц.т., можно установить либо расчетом

(см. Приложение), либо с помощью геометрических построений.

На контуре прямоугольной площадки можно построить геометрическое тело: призму высотой – в, в основании которой находится геометрическая

13

Пространственное положение (∙) D – центра давления силы , можно определить проведя через (∙) ц.т. призмы линию действия ̅ перпендикулярно к площадке до пересечения с ней; полученная (∙) пересечения есть искомая (∙) D.

Справедливость ф.(1.9) проверим универсальным аналитическим методом – см.ф.(1.7):

14

2 . Орг а низа ция экс пе риме нта льных ис с ле д о ва ний

2.1. Описание лабораторного стенда «Гидростатика – М3»

Конструктивное исполнение стенда ориентировано на формирование проблемных ситуаций по исследованию физических эффектов, связанных с изменением гидростатического давления (например, посредством пневмоварьирования его значений), в частности, для демонстрации проверки основного уравнения гидростатики, а также уравнений, описывающих результат суммированного действия давления жидкости на плоскую стенку

Схема лабораторного стенда с основными функциональными отдельными элементами и постоянной трубопроводной разводкой представлена на рис. 2.1. При монтаже стенда использованы следующие устройства и оборудование:

емкостные элементы – негерметичный буферный бак Б1 (WБ1 = 50л) с трубчатым уровнемером Ур.1; герметичный бак Б2 с трубчатым уровнемером Ур.2 (WБ2 = 16л при максимальном показании Ур.2, равном

HБ = 280 мм);

гидравлические машины – центробежный насос H1 с открытым доступом и компрессор H2, установленный скрыто (закреплён на обратной стороне монтажной панели)

трубопроводная арматура шаровые краны КР1…КР4, задвижка З1, дроссели (регуляторы повышенной точности с конусными клапанами) ДР1 и ДР2;

измерительные устройства – U-образные жидкостные манометры; резистивные деформационные манометры М1…M4; приборы для определения силы давления жидкости с резистивными датчиками ДС1…ДС3.

Установленные в блоке датчики избыточного давления M1…M3

имею в своей конструкции полупроводниковые тензорезисторы, соединённые по мостовой схеме (с температурным уравновешиванием), и компенсационные элементы (например, для коррекции нулевых установок);

15

датчики входят в состав аппаратного комплекса из промежуточных преобразователей и вторичных приборов, конечными из которых являются цифровые табло – жидкокристаллические дисплеи, отображающие результаты измерений (в «кПа») и размещённые на щите . Показания манометров следует снимать после коррекции нулевых установок

(кнопка для включения компенсации расположена с обратной стороны монтажной панели, на которой закреплён щит ) и по окончании переходных гидравлических процессов, инициированных работы арматуры.

Аналогичные пояснение можно сформировать относительно конструкции и сборки измерительного комплекса М4, предназначенного для

полупроводниковых тензорезисторов, включённых в аппаратный комплекс , результирующие показания которого (–сила давления в «Н») выводится на

значения давления М1 в отдельных опытах эксперимента следует иметь в виду, что после обеспечения планового значения М1 компрессор выключается с одновременным перекрыванием ДР1 (во избежание утечки воздуха нарушения стабильности параметров при проведении измерений).

Порядок введения стендов в рабочее состояние рассматривается в методиках выполнения конкретных лабораторных работ.

17

2.2. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 «Экспериментальное определение плотности жидкости»

Эксперимент для определения плотности неизвестной жидкости – ,

состоит из двух серий опытов: №1’ – определение ′ (в сравнении с

конечный результат – ′ , рассчитанный по ф.1.5, представляется в отчетной таблице №1’.

Таблица №1’ Определение ′ .

Опыты №1’’ выполняется при варьировании М1 в интервале значений 3…9 кПа. План эксперимента, данные по измерению М4 и ′′ , а также конечный результат ′′ , рассчитанный по ф.1.6, представляется в отчетной таблице №1’’.

Таблица №1’’ Определение ′′ .

18

Возможны три варианта получения требуемого значения давления М1: Вариант 1. Бак Б2 используется в качестве ресивера, в который ступенчато (с достижением плановых значений М1) нагнетается сжатый

воздух от компрессора H2 (при перекрытых ДР2, З1, КР2);

Вариант 2. Бак Б2 используется как объёмный (вытеснительный) компрессор: при закрытых КР2, ДР1, ДР2 и открытых КР1, З1 водой, подаваемой насосом H1, сжимается воздух, защемлённый в объёме бака, и создаётся плановое давление М1;

Вариант 3. Бак Б2 используется как гидропневматическая емкость: при открытых КР1, З1, ДР2 и закрытым КР2 включается насос H1 и до max Ур.2 заполняется бак Б2; после этого закрывается КР1, З1, ДР2, отключается насос H1; открывается ДР1 и включается компрессор H2, работающий до получения максимального планового давления М1= 9кПа; закрывается ДР1 и отключается H2; после проведения замеров в первых опытах серии №1’ и №1’’ при М1= 9кПа открывается КР1, что приводит к понижению Ур.2 и снижению значения М1 вследствие изотермического расширения объёма воздуха в баке Б2: ступенчато проводится опорожнение бака и остановками при М1= 6кПа и М1= 3кПа для выполнения замеров остальных опытах серии №1’ и №1’’.

По завершению экспериментов лабораторный стенд выводится в режим ожидания: при необходимости опорожняется бак Б2 (при открытых КР2, ДР2); закрывается КР1, З1, ДР1; производится отключение общего электропитания демонтируются временная целеобусловленные связи.

20